2025年传感器技术基础测试题及答案

2025年传感器技术基础测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于传感器的定义，最准确的是（）A.能感受被测量并转换为可用输出信号的器件B.能将非电信号转换为电信号的电子元件C.仅用于工业自动化的检测装置D.依赖单片机实现信号处理的集成模块2.按照工作原理分类，应变式传感器属于（）A.物理型传感器B.化学型传感器C.生物型传感器D.结构型传感器3.某压力传感器的量程为0~100kPa，输出电压为0~5V。当输入压力为30kPa时，理论输出电压为（）A.1.5VB.2VC.2.5VD.3V4.压阻式传感器的核心原理是（）A.金属导体的应变效应B.半导体材料的压阻效应C.电容极板间距变化引起的电容变化D.电感线圈磁阻变化引起的电感变化5.热电偶传感器测量温度时，若冷端温度为25℃，显示仪表直接按冷端0℃刻度，测得热电势为36.5mV（对应1000℃时0℃冷端的热电势），则实际被测温度为（）（已知25℃对应热电势为1.0mV）A.975℃B.1000℃C.1025℃D.无法确定6.以下光电传感器中，属于有源型的是（）A.光敏电阻B.光敏二极管C.红外对射式传感器D.光电池7.电感式传感器中，差动式结构相比单线圈结构的主要优势是（）A.提高灵敏度B.简化电路设计C.降低成本D.减小线性范围8.衡量传感器在输入量不变时，输出量随时间变化的特性指标是（）A.重复性B.漂移C.迟滞D.线性度9.以下不属于电容式传感器优点的是（）A.动态响应快B.温度稳定性好C.结构简单D.测量范围大10.磁电式传感器的工作原理基于（）A.电磁感应定律B.霍尔效应C.压电效应D.热电效应二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.传感器的静态特性指标包括（）A.灵敏度B.频率响应C.线性度D.重复性2.电阻应变片的主要组成部分有（）A.敏感栅B.基底C.引线D.补偿片3.热电偶的基本定律包括（）A.中间导体定律B.均质导体定律C.参考电极定律D.热电势叠加定律4.电感式传感器可用于测量（）A.位移B.振动C.压力D.温度5.光电传感器中，常用的光源类型有（）A.白炽灯B.激光二极管C.发光二极管（LED）D.荧光灯三、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、________和________。2.金属应变片的工作原理是________，半导体应变片的工作原理是________。3.电容式传感器按参数变化方式可分为变面积型、________和________三类。4.压电式传感器适用于________测量（填“静态”或“动态”），其输出信号需通过________或电荷放大器进行调理。5.热电阻传感器常用的材料有________和________（各填一种），其电阻值随温度升高而________（填“增大”或“减小”）。6.霍尔传感器的输出电压与________、________和________成正比。7.传感器的误差按性质可分为系统误差、________和________。8.红外传感器可分为________和________两类，其中________需要额外光源。四、简答题（共25分）1.（5分，封闭型）简述电阻应变片温度误差的产生原因及补偿方法。2.（6分，开放型）对比分析电感式传感器与电容式传感器在位移测量中的优缺点。3.（6分，封闭型）说明热电偶冷端温度补偿的必要性，并列举两种常用补偿方法。4.（8分，综合型）某工业场景需测量0~500℃的液体温度，要求精度±0.5℃，响应时间<1s。请从热电偶、热电阻、半导体温度传感器中选择合适类型，并说明选择依据。五、应用题（共20分）1.（6分，计算类）某应变式压力传感器采用等臂电桥（R1=R2=R3=R4=120Ω），应变片灵敏度系数K=2.0，供桥电压U=5V。当被测压力引起应变片R1产生ε=1000με的拉伸应变时，求电桥的输出电压ΔU（忽略非线性误差）。2.（7分，分析类）某电容式位移传感器为变极距型，初始极板间距d0=0.1mm，极板面积A=100mm²，介电常数ε=ε0εr（ε0=8.85×10⁻¹²F/m，εr=1）。若允许极板间距变化范围为±10%，求传感器的最大电容变化量ΔC及灵敏度S（灵敏度定义为ΔC/Δd）。3.（7分，综合类）设计一个基于光电传感器的自动分拣系统，用于区分黑色（吸光）和白色（反光）塑料件。要求：（1）画出系统原理框图；（2）说明关键元件选型（光源、光电探测器、信号处理电路）；（3）简述工作流程。答案及解析一、单项选择题1.A（传感器的标准定义是能感受被测量并转换为可用输出信号的器件，B不全面，C、D范围过窄）2.A（应变式传感器利用物理量（应变）引起的物理特性（电阻）变化，属于物理型）3.A（灵敏度S=5V/100kPa=0.05V/kPa，30kPa×0.05V/kPa=1.5V）4.B（压阻式传感器基于半导体材料的压阻效应，金属应变片基于应变效应）5.A（实际热电势应为36.5mV1.0mV=35.5mV，对应温度约975℃）6.C（红外对射式传感器需外部光源，属于有源型；其他为无源型）7.A（差动结构可提高灵敏度，减小非线性误差）8.B（漂移指输入不变时输出随时间的缓慢变化）9.D（电容式传感器测量范围较小，尤其变极距型）10.A（磁电式传感器基于电磁感应定律，通过运动导体切割磁感线产生电动势）二、多项选择题1.ACD（频率响应属于动态特性）2.ABC（补偿片是温度补偿措施，非应变片组成部分）3.ABC（热电势叠加定律不存在，基本定律为中间导体、均质导体、参考电极定律）4.ABC（电感式传感器主要测位移、振动、压力（通过位移转换），温度需通过其他原理）5.ABC（荧光灯光谱分散，一般不用于光电传感器）三、填空题1.转换元件；信号调理电路（或转换电路）2.金属的应变效应；半导体的压阻效应3.变极距型；变介电常数型4.动态；电压放大器5.铂（或铜）；铂（或铜）；增大6.激励电流；磁感应强度；霍尔系数7.随机误差；粗大误差8.主动式；被动式；主动式四、简答题1.温度误差原因：①应变片电阻随温度变化（热阻效应）；②试件与应变片材料线膨胀系数不同，导致附加应变。补偿方法：①电桥补偿法（接补偿片）；②应变片自补偿（选择特定敏感栅材料）；③电路补偿（恒流源供电）。2.电感式传感器优点：结构简单、灵敏度高、抗干扰能力强；缺点：频率响应低、易受电磁干扰、线性范围小。电容式传感器优点：动态响应快、分辨力高、无机械接触；缺点：寄生电容影响大、测量范围小、需要高阻抗电路。对比结论：小位移（μm级）高精度测量选电容式；中等位移（mm级）且环境干扰大时选电感式。3.必要性：热电偶热电势与两端温差相关，显示仪表通常按冷端0℃刻度，若冷端温度不为0℃，会导致测量误差。补偿方法：①冷端恒温法（置于冰水槽）；②补偿电桥法（用不平衡电桥产生补偿电势）；③软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，查表修正）。4.选择热电阻：依据：①精度要求±0.5℃，热电阻精度（铂电阻A级精度±0.15℃）高于热电偶（K型精度±2.5℃）和半导体传感器（一般±1℃）；②500℃在热电阻量程（铂电阻200~850℃）内；③响应时间<1s，热电阻封装后响应时间（约0.5~2s）满足要求，热电偶虽响应快但精度不足，半导体传感器量程（一般50~150℃）不够。五、应用题1.解：应变引起的电阻变化ΔR1=K·R1·ε=2.0×120Ω×1000×10⁻⁶=0.24Ω等臂电桥输出电压ΔU=U·ΔR1/(4R1)=5V×0.24Ω/(4×120Ω)=0.0025V=2.5mV答案：2.5mV2.解：初始电容C0=εA/d0=8.85×10⁻¹²×100×10⁻⁶/(0.1×10⁻³)=8.85×10⁻¹¹F=88.5pF最大间距变化Δd=±0.1×0.1mm=±0.01mm（取绝对值0.01mm）最小间距d1=d0Δd=0.09mm，此时电容C1=εA/d1=8.85×10⁻¹¹×0.1×10⁻³/(0.09×10⁻³)=98.3pF最大电容变化量ΔC=C1C0=98.3pF88.5pF=9.8pF（或考虑对称变化，ΔC=±9.8pF）灵敏度S=ΔC/Δd=9.8pF/0.01mm=980pF/mm答案：ΔC=±9.8pF，S=980pF/mm3.系统设计：（1）原理框图：光源→光学系统→被测物体→光电探测器→信号处理电路→分拣执行机构。（2）关键元件选型：光源：选用红外LED（波长940nm，避免可见光干扰）；